[發明專利]一種煤巖脆性指數的確定方法

有效

• 申請號: 201610682014.5
• 申請日: 2016-08-17
• 公開（公告）號: CN106054279B
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 湯小燕
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01V11/00
• 分類號: G01V11/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 弋才富

1.一種煤巖脆性指數的確定方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、概率統計法計算煤巖工業組分：利用實驗室分析化驗的灰分含量和固定碳含量及測井數據，對其煤巖心歸位的基礎上，進行灰分含量和固定碳含量的測井敏感性參數分析，得知補償密度與灰分含量、灰分含量與固定碳含量的敏感性最強，于是，構建了煤巖的工業組分測井響應方程，具體如下：

V_a＝7.2501·ρ_b-0.5603 (1)

V_f＝-6.6035·V_a+144.72(2)

式中：V_a、V_f分別是灰分含量、固定碳含量，％；ρ_b是煤巖的密度值，g/cm³；

通過上述兩個方程建立的煤巖工業組分概率統計模型，即可求取煤巖中的灰分含量和固定碳含量；

步驟二、灰分、固定碳的泊松比、楊氏模量計算：依據步驟一計算的灰分含量和固定含量，并結合方程(3)、(4)計算的泊松比和楊氏模量，統計待計算井區的固定碳含量、灰分含量、泊松比和楊氏模量，以固定碳含量和灰分含量為自變量，泊松比和楊氏模量為因變量進行相關性分析，查明固定碳含量和灰分含量與泊松比和楊氏模量的內在定量關系，通過對實測資料擬合分析，得出式(5)～(8)所示方程：

泊松比：

楊氏模量：

式中：μ為煤巖的泊松比，無量綱；Dt、Dt_s分別為煤巖的縱波時差、橫波時差，μs/ft；E為煤巖的楊氏模量，10⁴MPa；

μ＝-0.004·V_a+0.5426 (5)

E＝0.5209·V_a-3.8094 (6)

μ＝0.0022·V_f+0.2743(7)

$E=109.62\·e^{-0.0564\·V_f}---\left(8\right)$

由方程(5)～(8)可知，當灰分含量為100％時，泊松比為0.1426、楊氏模量為48.2806，即灰分的泊松比μ_a＝0.1426、灰分的楊氏模量E_a＝48.2806；當固定碳含量為100％時，泊松比為0.4943、楊氏模量為0.3895，即固定碳的泊松比μ_f＝0.4943、固定碳的楊氏模量E_f＝0.3895；

步驟三、通過系統剖析原生結構煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤的測井響應特征，發現隨著煤體結構由原生結構煤向糜棱煤過渡，密度測井值和電阻率值減小，而聲波時差和井徑增大，據此，定義式(9)所示的煤體結構指數；

$I_{CS}=100\·\frac{{\mathrm{\ρ}}_b}{\mathrm{\Δ}t}\·log\left(\frac{RT}{CAL}\right)---\left(9\right)$

式中：I_CS——煤體結構指數，無因次；RT—電阻率，Ω·m；CAL—井徑，cm；其他參數物理意義同上；

依據該方法，將密度、聲波時差、電阻率及井徑測井代入公式(9)，便可求得煤體結構指數I_CS，考慮到計算的煤體結構指數I_CS值變化范圍較大，對I_CS值進行歸一化處理；

步驟四、煤巖脆性指數計算模型構建：依據步驟二可知，煤巖的灰分含量與脆性成正比，固定碳含量與脆性成反比，而灰分、固定碳的泊松比和楊氏模量差異較大，為此，將泊松比、楊氏模量作為其灰分含量和固定碳含量的權系數，以此來表征灰分和固定碳的脆性特征；據此，構建了方程(10)、(11)所示的兩個脆性指數計算模型，考慮煤體結構的影響，同時兼顧泊松比和楊氏模量兩者均對脆性特性有貢獻，最終構建了方程(12)所示的煤巖脆性指數計算模型，具體如下：

${\mathrm{BI}}_1=\frac{\frac{V_a}{{\mathrm{\μ}}_a}}{\frac{V_a}{{\mathrm{\μ}}_a}+\frac{V_f}{{\mathrm{\μ}}_f}}\×100---\left(10\right)$

${\mathrm{BI}}_2=\frac{\frac{V_a}{E_a}}{\frac{V_a}{E_a}+\frac{V_f}{E_f}}\×100---\left(11\right)$

$BI=\frac{{\mathrm{BI}}_1+{\mathrm{BI}}_2}{2}\×I_{CS}---\left(12\right)$

式中：BI₁為泊松比與煤巖工業組分結合計算的煤巖脆性指數，％；BI₂為楊氏模量與煤巖工業組分結合計算的煤巖脆性指數，％；BI為最終計算的煤巖脆性指數，％；

步驟五、煤巖脆性指數計算：將計算的灰分含量V_a、μ_a、E_a和固定碳含量V_f、μ_f、E_f及煤體結構指數I_CS輸入公式(10)～(12)得出BI，便可實現煤巖脆性指數的計算。